Influencia de la variación de los parámetros de dosificación y fabricación de hormigón reciclado estructural sobre sus propiedades físicas y mecánicas

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(1)UNIVERSIDAD DE OVIEDO DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCIÓN E INGENIERÍA DE FABRICACIÓN. TESIS DOCTORAL INFLUENCIA DE LA VARIACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE DOSIFICACIÓN Y FABRICACIÓN DE HORMIGÓN RECICLADO ESTRUCTURAL SOBRE SUS PROPIEDADES FISICAS Y MECÁNICAS. Fernando López Gayarre Gijón, Octubre de 2008.

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(3) UNIVERSIDAD DE OVIEDO DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCIÓN E INGENIERÍA DE FABRICACIÓN. TESIS DOCTORAL INFLUENCIA DE LA VARIACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE DOSIFICACIÓN Y FABRICACIÓN DE HORMIGÓN RECICLADO ESTRUCTURAL SOBRE SUS PROPIEDADES FISICAS Y MECÁNICAS. Fernando López Gayarre Gijón, Octubre de 2008.

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(5) UNIVERSIDAD DE OVIEDO DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCIÓN E INGENIERÍA DE FABRICACIÓN. TESIS DOCTORAL INFLUENCIA DE LA VARIACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE DOSIFICACIÓN Y FABRICACIÓN DE HORMIGÓN RECICLADO ESTRUCTURAL SOBRE SUS PROPIEDADES FISICAS Y MECÁNICAS Por. Fernando López Gayarre Presentada en cumplimiento de los requisitos para la obtención del Grado de Doctor Ingeniero Industrial.. Directores de Tesis: Prof. Dr. D. Pedro Serna Ros. Prof. Dr. D. Alberto Domingo Cabo. Prof. Dr. D. Ángel Martín Rodríguez. Gijón, Octubre de 2008.

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(7) UNIVERSIDAD DE OVIEDO DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCIÓN E INGENIERÍA DE FABRICACIÓN. TESIS DOCTORAL INFLUENCIA DE LA VARIACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE DOSIFICACIÓN Y FABRICACIÓN DE HORMIGÓN RECICLADO ESTRUCTURAL SOBRE SUS PROPIEDADES FISICAS Y MECÁNICAS Doctorando: FERNANDO LÓPEZ GAYARRE Directores de Tesis: PEDRO SERNA ROS, ALBERTO DOMINGO. CABO Y ÁNGEL MARTÍN RODRÍGUEZ.. Tribunal de la Tesis Doctoral. Presidente. Dr. D. Enric Vázquez Ramonich.. Secretario. Dr. D. Francisco José Suárez Domínguez.. Vocal 1º. Dr. D. Fernando Martínez Abella.. Vocal 2º. Dra. Dña. Pilar Alaejos Gutierrez.. Vocal 3º. Dr. D. Rafael Santiago García..

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(9) A la memoria de mis padres A Yolanda y Diego.

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(11) AGRADECIMIENTOS Quiero comenzar expresando mi más sincero y profundo agradecimiento a mis directores de tesis Pedro Serna, Alberto Domingo y Ángel Martín por su continuo e incondicional respaldo durante todo el tiempo en que se ha llevado a cabo este trabajo. A Ángel Martín por sus minuciosos detalles durante el proceso de corrección final de la tesis. A Alberto Domingo por introducirme, hace ya algunos años, en el estudio del hormigón reciclado, por sus consejos durante la elaboración del trabajo, por los buenos ratos que pasamos juntos y por estar siempre a mi lado y disponible para todo lo que haga falta. A Pedro Serna por su interés totalmente desinteresado en que yo llevara a buen término este trabajo, por estar siempre ahí cuando le he necesitado, incluido algún que otro fin de semana, y por sus valiosas ideas y aportaciones sin las que no hubiera sido posible culminar esta tesis. Quiero agradecer a las empresas La Belonga Impulso Industrial Alternativo S.A, a Lafarge S.A.U., a HORAVISA y al Caleyo Nuevas Tecnologías S.A. su valiosa aportación en material y medios para conseguir desarrollar el trabajo que ahora finalizamos. No puedo dejar de mencionar a D. José Luis Oliveros, a D. Javier Lorenzo, a D. Juan Manuel Díaz y a la dirección técnica que tan buenos consejos me dio. Muchas gracias a todos. No puedo olvidarme de Julián, técnico de laboratorio siempre dispuesto, con el que compartí muchas jornadas de trabajo durante este periodo. Tampoco me olvido de Julio, Ricardo y Carlos. A todos mis compañeros del área de Ingeniería de la Construcción de la Universidad de Oviedo por su ánimo y su apoyo durante todos estos años. Agradecer a mis compañeros Paco Blanco, José Luis García y Carlos Suárez su disposición y su colaboración a lo largo de estos años. A los compañeros del área de la Universidad Politécnica de Valencia que desde el primer día me recibieron con los brazos abiertos, con Mª José a la cabeza de todos. Gracias Emilio por tu apoyo constante y tu inestimable colaboración durante todo este tiempo. Quiero agradecer el apoyo absoluto de toda mi familia, de mis hermanos José Carlos y Pedro Antonio, cuñadas y cuñado, tíos, sobrinos, gracias Carlos, primos, Abel y Ana. A Miguel Ángel, Miguel, Ana y Justo que desde muy pequeños, como hermanos, siempre han estado y estarán conmigo. Quiero recordar especialmente con todo mi cariño a mis padres a los que, desafortunadamente, ya no tengo a mi lado. No puedo finalizar sin agradecer infinitamente la paciencia, la comprensión, los ánimos, el apoyo incondicional y el amor ilimitado de mi queridísima esposa Yolanda y mi queridísimo hijo Diego. Sin ellos, este modesto trabajo no tendría para mí sentido alguno. I.

(12) II.

(13) RESUMEN Durante las últimas cuatro décadas nuestra sociedad viene proponiendo e impulsando, cada vez con mayor compromiso y celeridad, políticas medioambientales que tratan de reducir la continua degradación a la que se está viendo sometido nuestro planeta. Dentro de esta línea, en el año 2001, en nuestro país se puso en marcha el I Plan Nacional de Residuos de Construcción y Demolición que finalizó en el año 2006. En la actualidad, dentro del Plan Nacional Integrado de Residuos, el II Plan Nacional de Residuos de Construcción y Demolición fomenta y promueve el reciclaje y la valorización de dichos residuos. Este trabajo ha sido realizado dentro de este ámbito de actuaciones tratando de profundizar en los estudios llevados a cabo dentro de este campo. A tal efecto se plantea la realización de un estudio experimental para tratar de determinar el grado de influencia de una serie de factores que, en primera instancia, pueden afectar a las propiedades del hormigón fabricado con áridos reciclados procedentes de residuos de construcción y demolición donde el propio hormigón es el componente mayoritario. Los factores seleccionados en el estudio han sido: la calidad del árido reciclado según su origen, el porcentaje de sustitución en la dosificación del hormigón de áridos convencionales por áridos reciclados, el porcentaje de desclasificados que contienen los áridos reciclados gruesos empleados, el tipo de granulometría utilizada en la dosificación del hormigón, el criterio empleado en la sustitución de los áridos convencionales por áridos reciclados, la resistencia característica del hormigón a compresión y la consistencia que pretendemos obtener en la mezcla. Se estudiarán las variaciones de dichos factores sobre algunas de las características más relevantes del hormigón así fabricado. La densidad, la absorción, la cantidad de aire ocluido, la resistencia a compresión, el módulo de elasticidad, la resistencia a tracción y la permeabilidad al agua serán las propiedades ensayadas. Para definir el programa de ensayos se ha realizado un diseño del experimento altamente fraccionado tomando como base el “orthogonal array L27” diseñado por Taguchi con el fin de compatibilizar la fiabilidad de las conclusiones con un volumen de ensayos viable. Tras caracterizar los materiales empleados se ha establecido un procedimiento de dosificación y ensayo que permite fabricar hormigones en el que los distintos factores analizados se reproducen de acuerdo con el diseño del experimento adoptado.. III.

(14) Para dar más robustez a los resultados y ampliar el estudio a otras propiedades se ha replicado el experimento en algunas de ellas. El estudio de los resultados experimentales se lleva a cabo mediante los correspondientes análisis de varianza, que determinan las diferencias más significativas existentes en las propiedades del hormigón reciclado estudiadas, debidas a la variación en los niveles fijados para los factores considerados, respecto al hormigón convencional. Finalmente se extraen conclusiones relativas al empleo de hormigón fabricado con áridos reciclados con fines estructurales y se sugieren futuras líneas de trabajo que nos ayuden a comprender mejor este campo.. IV.

(15) ABSTRACT During the last four decades our society has been proposing and pushing, each time with greater commitment and speed, environmental policies that seek to reduce the continued degradation to which it is being subjected our planet. Within this line, in the year 2001, our country launched the National Waste Plan I of Construction and Demolition ended in 2006. At present, under the National Integrated Waste, the National Waste Plan II of Construction and Demolition encourages and promotes recycling and recovery of such waste. This work has been carried out within this area of actions trying to deepen the studies in this field. For this purpose is conducting a pilot study to try to determine the degree of influence on a number of factors that in the first instance, can affect the properties of concrete made with recycled aggregates from construction and demolition wastes where Concrete itself is the majority component. The factors identified in the study were: the quality of recycled aggregate according to their origin, the rate of substitution in the strength of concrete aggregates by conventional recycled aggregate, the percentage of declassified containing recycled coarse aggregates used, the type of particle size the dosage used in the concrete, the criterion used in the replacement of conventional dry recycled aggregates, resistance to compression characteristic of the concrete and consistency that we intend to get into the mix. We will study variations of these factors on some of the most important characteristics of the concrete and manufactured. The density, absorption, the amount of air occluded, the resistance to compression, the elasticity, tensile strength and resistance to water permeability properties will be tested. To define the test program was conducted a design of the experiment highly fractionated based on the "orthogonal array L27" designed by Taguchi in order to make the reliability of the findings with a volume of essays viable. Having characterized the materials used has been an dose procedure that allows the manufacture and testing concrete in which individual factors are analyzed according to the design of the experiment taken. To give more robustness to the results and expand the study to other properties has replicated the experiment in some of them. The study of the experimental results is carried out. V.

(16) through the appropriate analysis of variance, which determine the most significant differences in the properties of recycled concrete studied, due to variations in the levels for the factors considered, with respect to conventional concrete. Finally, conclusions are drawn regarding the use of concrete made with recycled aggregates for structural and suggest future directions, which will help us better understand this field.. VI.

(17) Índice. INDICE Agradecimientos. I. Resumen. III. Abstract. V. CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS. 1. 1.1 GENERALIDADES.. 1. 1.2 OBJETIVOS.. 5. CAPÍTULO II. ESTADO DEL ARTE. 7. 2.1 INTRODUCCIÓN.. 7. 2.2 PROCESOS DE PRODUCCIÓN DE ÁRIDOS RECICLADOS.. 14. 2.2.1 Demolición selectiva.. 14. 2.2.2 Etapas del proceso de producción de áridos reciclados.. 15. 2.2.3 Plantas de producción de áridos reciclados.. 17. 2.2.4 Otros tratamientos.. 20. 2.3 CARACTERÍSTICAS DEL ÁRIDO RECICLADO.. 22. 2.3.1 Mortero adherido.. 22. 2.3.2 Granulometría.. 23. 2.3.3 Forma y textura superficial.. 26. 2.3.4 Densidad.. 26. 2.3.5 Absorción.. 29. 2.3.6 Resistencia a la fragmentación.. 32. 2.3.7 Resistencia a la helada.. 33. 2.3.8 Contenido de cloruros.. 35. 2.3.9 Contenido de sulfatos.. 36. 2.3.10 Reacción álcali-árido.. 37. VII.

(18) Índice. 2.3.11 Contaminantes e impurezas.. 38. 2.3.12 Distintas normativas sobre áridos reciclados.. 40. 2.3.12.1 Estado actual en USA.. 40. 2.3.12.2 Estado actual en Japón.. 41. 2.3.12.3 Estado actual en Australia.. 42. 2.3.12.4 Estado actual en la Comunidad Europea.. 43. 2.3.12.5 Estado actual en España.. 44. 2.4 DOSIFICACIÓN DEL HORMIGÓN RECICLADO. 2.4.1 Contenido de agua.. 48. 2.4.2 Contenido de cemento.. 48. 2.4.3 Relación agua-cemento.. 49. 2.4.4 Relación árido fino-árido grueso.. 50. 2.4.5 Adiciones.. 50. 2.5 PROPIEDADES DEL HORMIGÓN RECICLADO FRESCO.. 50. 2.5.1 Consistencia.. 50. 2.5.2 Densidad.. 53. 2.5.3 Aire ocluido.. 53. 2.5.4 Exudación.. 54. 2.6 PROPIEDADES DEL HORMIGÓN RECICLADO ENDURECIDO.. VIII. 47. 54. 2.6.1 Densidad.. 54. 2.6.2 Resistencia a compresión.. 54. 2.6.3 Módulo de elasticidad.. 61. 2.6.4 Resistencia a tracción.. 66. 2.6.5 Resistencia a flexotracción.. 67.

(19) Índice. 2.6.6 Resistencia a cortante.. 68. 2.6.7 Retracción por secado.. 69. 2.6.8 Fluencia.. 72. 2.7 DURABILIDAD DEL HORMIGÓN RECICLADO.. 73. 2.7.1 Porosidad, absorción y permeabilidad.. 73. 2.7.2 Resistencia a la helada.. 73. 2.7.3 Carbonatación.. 76. 2.7.4 Resistencia a los sulfatos.. 76. 2.7.5 Penetración de cloruros.. 77. 2.7.6 Reacción álcali-árido.. 78. 2.8 CONCLUSIONES DEL ESTADO DEL ARTE. CAPÍTULO III. MATERIALES,. METODOLOGÍA,. 79 CRITERIOS DE ENSAYO Y. PROCEDIMIENTOS. 83. 3.1 INTRODUCCIÓN.. 83. 3.2 MATERIALES.. 84. 3.2.1 Cementos.. 84. 3.2.2 Áridos naturales.. 86. 3.2.3 Áridos reciclados.. 88. 3.2.4 Aditivos.. 91. 3.3 ENSAYOS REALIZADOS PARA LA CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES.. 93. 3.3.1 Resistencia mecánica de los cementos.. 93. 3.3.2 Determinación de la granulometría de los áridos.. 93. 3.3.3 Determinación de la densidad y la absorción de los áridos.. 94. 3.3.4 Determinación de la humedad de los áridos.. 96. 3.3.5 Otros ensayos de caracterización de los áridos.. 96. IX.

(20) Índice. 3.4 PROCEDIMIENTO SEGUIDO PARA MEZCLAR LOS ÁRIDOS RECICLADOS, SEGÚN SU CURVA GRANULOMÉTRICA, PARA SER UTILIZADOS EN LA FABRICACIÓN DE HORMIGÓN RECICLADO.. 97. 3.5 PROCEDIMIENTO SEGUIDO PARA LA FABRICACIÓN DE HORMIGÓN RECICLADO.. 98. 3.5.1 Almacenamiento de las materias primas.. 98. 3.5.2 Proceso de fabricación del hormigón reciclado.. 99. 3.6 ENSAYOS REALIZADOS PARA LA CARACTERIZACIÓN DEL HORMIGÓN RECICLADO.. 101. 3.6.1 Determinación de la consistencia del hormigón reciclado.. 101. 3.6.2 Determinación del aire ocluido en el hormigón reciclado.. 102. 3.6.3 Fabricación, curado y preparación de probetas.. 103. 3.6.4 Determinación de la densidad del hormigón reciclado endurecido.. 105. 3.6.5 Determinación de la absorción del hormigón reciclado.. 105. 3.6.6 Determinación de la resistencia a compresión del hormigón reciclado.. 107. 3.6.7 Determinación del módulo de elasticidad del hormigón reciclado.. 108. 3.6.8 Determinación de la penetración de agua bajo presión del hormigón reciclado.. 111. 3.6.9 Determinación de la resistencia a tracción del hormigón reciclado.. 112. CAPÍTULO IV. PROGRAMA EXPERIMENTAL DESARROLLADO 4.1 INTRODUCCIÓN.. 115. 4.2 SELECCIÓN DE VARIABLES Y NIVELES.. 116. 4.3 DISEÑO ESTADÍSTICO DEL EXPERIMENTO.. 119. 4.4 DOSIFICACIÓN DEL HORMIGÓN.. 122. 4.4.1 Criterios de sustitución del árido convencional por árido reciclado.. X. 115. 127.

(21) Índice. 4.4.2 Criterio para obtener el contenido de desclasificados.. 131. 4.4.3 Empleo de los aditivos.. 131. 4.4.4 Ejemplos.. 132. 4.5 PROGRAMA DE ENSAYOS.. 135. 4.6 ENSAYOS PREVIOS Y AJUSTE DE LAS DOSIFICACIONES.. 136. CAPÍTULO V.- ANÁLISIS DE RESULTADOS 5.1 INTRODUCCIÓN.. 139 139. 5.2 ANÁLISIS ESTADÍSTICO E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS EXPERIMENTALES.. 140. 5.2.1 Análisis de varianza e interpretación de los resultados obtenidos sobre la densidad.. 144. 5.2.2 Análisis de varianza e interpretación de los resultados obtenidos sobre la absorción.. 156. 5.2.3 Análisis de varianza e interpretación de los resultados obtenidos sobre el aire ocluido.. 164. 5.2.4 Análisis de varianza e interpretación de los resultados obtenidos sobre la resistencia a compresión.. 169. 5.2.5 Análisis de varianza e interpretación de los resultados obtenidos sobre el módulo de elasticidad.. 179. 5.2.6 Análisis de varianza e interpretación de los resultados obtenidos sobre la resistencia a tracción.. 184. 5.2.7 Análisis de varianza e interpretación de los resultados obtenidos sobre la permeabilidad al agua. CAPÍTULO VI.- CONCLUSIONES Y FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN. 194 201. 6.1 CONCLUSIONES.. 201. 6.2 FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN.. 206. CAPÍTULO VII.- BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS.-. 209. XI.

(22) Índice. ANEJO 1. DISEÑO EXPERIMENTACIÓN. ROBUSTEZ. 227. ANEJO 2. DOSIFICACIÓN DEL HORMIGÓN. HOJA DE CÁLCULO. 247. ANEJO 3. AJUSTES DE ÁRIDOS. GRÁFICOS. 255. ANEJO 4. RESULTADOS DE LOS ENSAYOS. 271. LISTA DE TABLAS. 303. LISTA DE FIGURAS. 307. XII.

(23) Ingeniería de la Construcción. Introducción y Objetivos. CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS. 1.1. GENERALIDADES.La utilización masiva de los recursos naturales por el hombre para su propio provecho ha sido una constante a través de los tiempos, colaborando de manera inconsciente en la degradación paulatina de su entorno y en el progresivo deterioro del medio natural en el que desarrolla sus actividades. A partir del comentario anterior parece obvia la necesidad de establecer políticas encaminadas al mejor aprovechamiento de dichos recursos y a su reutilización, en los casos en que sea posible, en los mismos usos o en otros distintos de aquellos para los que inicialmente fueron concebidos. La generación de Residuos de Construcción y Demoliciones (RCDs) va estrechamente ligada a la actividad constructiva, aunque en la mayoría de los casos el volumen de los mismos se produce como consecuencia de derribos de edificaciones e infraestructuras que agotaron su vida útil o quedaron obsoletas.. 1.

(24) Ingeniería de la Construcción. Introducción y Objetivos. La mayor parte de estos residuos se depositan en vertederos, con frecuencia incontrolados, provocando un considerable impacto visual debido a la gran cantidad de espacio que ocupan y al escaso control ambiental de los terrenos en que se depositan. Su importante volumen hace que su gestión, valorización y reciclaje sea un una tarea de creciente interés. Los. Residuos. de Construcción y Demoliciones. (RCDs) son de naturaleza. fundamentalmente inerte disponiendo, por lo tanto, de un poder contaminante relativamente bajo. Pueden tener su origen en el desarrollo de grandes obras de infraestructura o en actividades como la demolición, las reformas, las rehabilitaciones o la implantación de servicios. Por lo general proceden de derribos de edificios e infraestructuras o el rechazo de materiales en obras de nueva construcción, reparación, remodelación y rehabilitación, incluyendo las obras menores y de reparación domiciliaria. Dichos residuos incorporan fundamentalmente hormigón, ladrillos, tejas, materiales cerámicos, madera, vidrio, plástico, mezclas bituminosas, metales, piedras, tierras, yeso, papel y otros residuos procedentes de la construcción y de las demoliciones [91]. Todos ellos aparecen codificados en el capítulo 17 de la Lista Europea de Residuos [73]. La composición media de los RCDs, según el I Plan Nacional de Construcción y Demolición (2001-2006) a partir de los datos procedentes de un estudio de composición realizado por la Comunidad Autónoma de Madrid, puede observarse en la figura 1.1.. 60. 50 40. 30 20 10 0. Figura 1.1 Composición media de los RCDs.. 2.

(25) Ingeniería de la Construcción. Introducción y Objetivos. En La Comunidad Europea la gestión de los RCDs se lleva a cabo de manera desigual, ya que si bien hay países en los que se recicla un porcentaje importante de los residuos generados, caso de los Países Bajos, en otras naciones el porcentaje reciclado es mínimo. La escasez de áridos, el incremento de las penalizaciones por vertido e incluso su prohibición, son causas que favorecen, sin duda alguna, el reciclado. En países como Holanda, Bélgica o Dinamarca se alcanzan porcentajes de reciclado por encima del 75%. En otros países como Gran Bretaña o Austria dicha tendencia se mantiene aunque con porcentajes entorno al 40%[120]. Sin embargo existen todavía bastantes países dentro de la Comunidad Europea con porcentajes de reciclado muy bajos. En España el porcentaje de reciclaje se aproxima al 15%, según los datos proporcionados por el Gremio de Entidades del Reciclaje y Derribos GERD, aunque menos de un tercio del material reciclado se comercializa como producto reciclado (áridos para bases y subbases, drenajes, arenas y gravas, explanadas y suelos). La mayor parte se destina a rellenos o a restauración de espacios degradados (entre los que se contabiliza la restauración de canteras). Las instalaciones de reciclaje autorizadas produjeron y comercializaron, según la misma fuente, 5 millones de toneladas de áridos reciclados durante el año 2007. En la tabla 1.1 pueden observarse algunos datos estadísticos europeos, procedentes de diversas fuentes, correspondientes a la gestión de RCDs [120]. El reciclado de materiales procedentes de RCDs es cada vez más frecuente dentro del ámbito de la construcción presentando dicha actividad unas interesantes expectativas de crecimiento. El impulso de estas actividades depende, en gran manera, de la capacidad que presenten para superar los obstáculos derivados del bajo precio de los áridos naturales y los gravámenes correspondientes a los depósitos en vertederos. Sin duda, se verán favorecidas por la legislación medioambiental, cada vez más restrictiva. Ante esta situación el Ministerio de Medio Ambiente lanzó en el año 2001 el I Plan Nacional de Residuos de Construcción y Demolición[81] que finalizó al terminar el año 2006. Sus objetivos, en algunos aspectos muy ambiciosos, fueron cumplidos parcialmente. Cabe destacar el aumento del porcentaje de reciclado y el número de plantas fijas y móviles a largo de toda la geografía nacional. En el año 2007 entró en vigor el Plan Nacional Integrado de Residuos [82] que finalizará en el año 2015. Dentro del mismo se desarrolla el II Plan Nacional de Residuos de Construcción 3.

(26) Ingeniería de la Construcción. Introducción y Objetivos. y Demolición (II PNRCD). Entre sus objetivos cualitativos se pretende reducir en origen la generación de RCDs, valorizar todo lo posible, crear una red de infraestructuras necesarias, establecer un registro estadístico de RCDs y clausurar o adaptar los vertederos a la Normativa. Como objetivos cuantitativos pretende controlar y gestionar el 95% de los RCDs a partir del año 2008, alcanzar un nivel de reutilización del 15% en 2011 pretendiendo, a partir de dicha fecha hasta la finalización del Plan, llegar a un nivel de reciclaje de un 40%. País. Año. Produc. mill. t. % reciclado. Plantas reciclado. Alemania****. 2004. 240. 80 (1996). 1000 (1996)***. Austria****. 1999. 27,5. 18. 150 (1997)***. Bélgica****. 2002. 10,5. 85 (1992). 92 (1992)***. Dinamarca****. 2004. 4,5. 94. 30 (1996)***. España*. 2007. 34,8. 15. 200 (2007). Finlandia****. 2002. 1,. 42 (1997). 10 (1997)***. Francia***. 1992. 23,6. 15. 50 (1992). G. Bretaña**. 2005. 89,6. 51. 50-100 (1996)***. Holanda****. 1996. 13,7. 90. 120 (1996)***. Irlanda***. 1997. 0,6. 1. < 8 (1997). Italia**. 2002. 40. 9. 60-100 (1997)***. * Fuentes: II Plan Nacional de RCDs y GERD.. *** Informe Symonds.. ** Fuente: European Environment Agency.. **** Fuente: Wastebase.. Tabla 1.1: Generación y gestión de RCDs en algunos países europeos.. La utilización de RCDs de hormigón provenientes de demolición de edificios o infraestructuras se ha venido utilizando en su gran mayoría en bases y sub-bases de carreteras, en rellenos, drenajes, camas de asiento de tuberías y hormigón en masa[82]. En Noviembre de 2002, a instancias de la Comisión Permanente del Hormigón, se constituyó el Grupo de Trabajo 2/5 Hormigón Reciclado con la finalidad de elaborar una serie de recomendaciones para la utilización de dichos residuos en hormigón estructural. Entre dichas recomendaciones se aconseja la utilización de árido reciclado procedente de hormigón convencional, se excluye el uso de árido reciclado en hormigón pretensado y se contempla la sustitución del árido grueso en cantidades no superiores al 20% sin necesidad de estudios y ensayos complementrarios. Todas estas recomendaciones han quedado plasmadas en el anejo nº 15 de la EHE-08.. 4.

(27) Ingeniería de la Construcción. Introducción y Objetivos. Aún disponiendo de estas recomendaciones, existen aspectos relativos a las propiedades de estos hormigones, sobre todo cuando las sustituciones de áridos reciclados son elevadas, que no permiten ser concluyentes al respecto. Después de las consideraciones realizadas se observa la necesidad de seguir realizando estudios experimentales que permitan profundizar en el conocimiento de este nuevo material y en sus aplicaciones.. 1.2. OBJETIVOS.Los comienzos del presente trabajo tienen su origen en la idea de introducir el estudio del hormigón reciclado en el Departamento de Construcción e Ingeniería de Fabricación de la Universidad de Oviedo, tratando de abrir una nueva línea de investigación en esta materia, así como en los trabajos del proyecto RECHNOR (Estudio experimental prenormativo sobre la utilización de los RCDs en hormigón reciclado de aplicación estructural) llevados a cabo en colaboración con el área de Ingeniería de la Construcción de la Universidad Politécnica de Valencia. A este respecto los objetivos de esta tesis doctoral son los siguientes: Llevar a cabo un profundo estudio bibliográfico y actualizar el estado del conocimiento de los hormigones fabricados con áridos reciclados procedentes de residuos de hormigón. Definir una serie de parámetros que potencialmente puedan influir en algunas de las propiedades más relevantes del hormigón reciclado para tratar de establecer la mayor o menor dependencia de ellos. Se incluirán algunos que no han sido frecuentemente analizados con anterioridad. Utilizar métodos estadísticos suficientemente robustos para la definición de un programa de ensayos de manera que el análisis de los resultados obtenidos en la experimentación sea concluyente. Entre los factores a considerar se incluyen: 1.. El tipo de árido reciclado utilizado según su procedencia.. 2.. El tipo de granulometría utilizada.. 3.. El porcentaje de sustitución de árido grueso convencional por árido grueso reciclado.. 5.

(28) Ingeniería de la Construcción. Introducción y Objetivos. 4.. El contenido en desclasificados del árido grueso reciclado utilizado.. 5.. El criterio de sustitución del árido grueso convencional por árido grueso reciclado utilizado.. 6.. La resistencia objetivo a compresión del hormigón.. 7.. La consistencia objetivo del hormigón.. Se analizará la posible influencia ejercida por la calidad del árido reciclado empleado sobre las propiedades del hormigón reciclado. Se analizará la influencia del porcentaje de sustitución del árido grueso reciclado empleado sobre las propiedades del hormigón reciclado. Se analizará la influencia del tipo de granulometría de los áridos empleados, convencionales y reciclados, sobre las propiedades del hormigón reciclado. Se analizará la influencia que puede ejercer el diferente criterio de sustitución utilizado para reemplazar los áridos gruesos convencionales por los áridos gruesos reciclados sobre las propiedades del hormigón reciclado. Se analizará la influencia que ejerce el porcentaje de desclasificados del árido reciclado empleado sobre las propiedades del hormigón reciclado. Se analizará la influencia de la resistencia característica objetivo a compresión sobre las propiedades del hormigón reciclado. Se analizará la influencia de la consistencia objetivo sobre las propiedades del hormigón reciclado. Para el desarrollo de este estudio se plantearán unos procedimientos de dosificación y fabricación del hormigón y una metodología de ensayos que permita analizar los efectos de los distintos parámetros con garantías para detectar las influencia que ejercen sobre las propiedades ensayadas.. 6.

(29) Ingeniería de la Construcción. Estado del arte. CAPÍTULO II ESTADO DEL ARTE 2.1 INTRODUCCIÓN.Se entiende por árido reciclado aquel que resulta del tratamiento de material inorgánico previamente utilizado en la construcción[144]. Según el origen de los residuos pueden distinguirse áridos reciclados procedentes de hormigón, áridos reciclados procedentes de residuos cerámicos y áridos reciclados mixtos siendo estos últimos los obtenidos a partir de residuos de distinta naturaleza. El único árido reciclado factible de utilizarse en la fabricación de hormigón estructural, según el anejo 15 de la EHE-08, es el procedente de residuos de hormigón. Con la finalidad de que las impurezas no presenten efectos negativos sobre la resistencia y la durabilidad del mismo se deberán limitar ciertas propiedades. Los áridos reciclados procedentes de hormigón, con tamaño superior a 4 mm son, por lo general, apropiados para fabricar hormigón siempre y cuando cumplan las especificaciones correspondientes a la aplicación concreta en la que vayan a ser empleados. De ahora en adelante, para referirnos al árido reciclado procedente de hormigón, utilizaremos la denominación simple árido reciclado.. 7.

(30) Ingeniería de la Construcción. Estado del arte. Se denomina hormigón reciclado al que se fabrica con árido reciclado o con mezcla de árido reciclado y árido natural. En la mayoría de los estudios consultados se ha determinado la influencia negativa sobre las propiedades del hormigón como consecuencia de la utilización de la fracción fina del árido reciclado. Por esta razón la mayoría de ellos se centra en la sustitución de un porcentaje determinado del árido grueso natural por árido reciclado. Por lo general se establece una comparación entre el hormigón fabricado con árido reciclado y un hormigón de control fabricado con la misma dosificación pero empleando árido natural. El empleo de áridos reciclados en la fabricación de hormigón afecta a las propiedades del mismo. Los resultados obtenidos en su empleo para la fabricación de hormigón presentan diferencias como consecuencia de la heterogeneidad que presentan los distintos áridos reciclados con los que se fabrican. En la actualidad pocos países disponen de normativa para el empleo de áridos reciclados en hormigón estructural. En ellas pueden observarse distintas tendencias en lo que al contenido máximo de árido reciclado, a la calidad exigida al mismo o a las limitaciones en cuanto a su utilización se refieren[7,18,49,61,108,113,150]. La nueva instrucción EHE-08, publicada recientemente en nuestro país, incorpora en el anejo 15 las especificaciones donde se regula la utilización de hormigones reciclados. Los estudios llevados a cabo en España con hormigón reciclado se han realizado principalmente en la Universidad Politécnica de Cataluña, en la Universidad Politécnica de Madrid, en la Universidad de La Coruña, en la Universidad de Cantabria, en la Universidad Politécnica de Valencia y en el Centro de Experimentación y Obras Públicas (CEDEX). Los relación de estudios llevados a cabo hasta la fecha y sus principales aspectos quedan resumidos en la tabla 2.1. Los trabajos reseñados coinciden en señalar la absorción junto al mortero adherido como las propiedades más relevantes que afectan en mayor medida a la producción y a las características del hormigón reciclado. Dichos trabajos coinciden básicamente en señalar el 20% como el límite del porcentaje de sustitución del árido grueso natural por árido reciclado sin que se vean afectadas las características del hormigón endurecido. A partir de dicho límite se observa un descenso en los valores de estas características, haciéndose más notable al aumentar el porcentaje de sustitución. La disminución de las propiedades mecánicas, según aumenta el porcentaje de sustitución, se hace más evidente en el módulo de elasticidad del hormigón reciclado.. 8.

(31) Ingeniería de la Construcción. Estado del arte. TRABAJO. RESULTADOS OBTENIDOS - La utilización de áridos reciclados procedentes mayoritariamente de hormigón puede quedar limitada frente a los convencionales debido a la mayor absorción que presentan.. Estudio de la durabilidad del hormigón con árido reciclado en su aplicación como hormigón armado. Tesis doctoral (1996).[5] Autor: Marilda Barra.. - El consumo de cemento para mantener la resistencia a compresión, respecto a un hormigón dosificado con áridos convencionales, aumenta. Dicho aumento oscila entre un 7,2% para resistencias a compresión más bajas y un 17,3% para las más altas. - La mayor porosidad del árido reciclado negativamente en la carbonatación del hormigón.. influye. - El módulo elástico en los hormigones reciclados estudiados es un 20% inferior a los de control. - La presencia de ladrillo en cantidad controlada favorece la resistencia hielo-deshielo del hormigón y no influye negativamente en la resistencia a compresión hasta un límite del 40%. - Establece un nuevo procedimiento para determinar la cantidad de mortero adherido del árido reciclado. - La combinación de restos de hormigón y ladrillo como material reciclado alcanzó, con resultados aceptables, el 40% de este último material.. Caracterización de residuos de construcción y demoliciones de la Comunidad de Madrid como áridos reciclados para la fabricación de hormigones. Tesis doctoral (2001).[95] Autor: José Luis Parra Alfaro.. - Es conveniente, para la obtención de buenos resultados en los hormigones reciclados, no superar sustituciones del árido grueso del 50%. - Debido a los elevados valores de la absorción de agua se sugiere la saturación previa a la preparación del hormigón para garantizar su trabajabilidad. - La resistencia a compresión en los hormigones reciclados ensayados es equiparable a la de los convencionales con sustituciones de hasta el 60% del árido grueso con un 20% de residuos procedentes de ladrillo. - La penetración de agua es similar a la de los hormigones convencionales.. Tabla 2.1: Estudios sobre áridos reciclados llevados a cabo en España.. 9.

(32) Ingeniería de la Construcción. TRABAJO. Estado del arte RESULTADOS OBTENIDOS - Alguna propiedad de los áridos reciclados procedentes de hormigón no cumple alguna de las prescripciones correspondientes a los áridos naturales aunque pueden emplearse en la fabricación de hormigón.. Comportamiento tenso-deformación, instantáneo y diferido de hormigón con árido reciclado. Tesis doctoral (2002).[30] Autor: José Manuel Gómez Soberón.. - Las propiedades de los áridos reciclados que más control necesitan por su mayor diferencia respecto de las de los áridos naturales son la densidad, la absorción y la porosidad. - Desde el punto de vista de las tensiones y deformaciones el hormigón reciclado tiene que ser considerado como un sistema compuesto por cuatro componentes: mortero nuevo, mortero de material reciclado, mortero enlazado con áridos y áridos naturales. Sus propiedades físicas y mecánicas dependerán de las de dichos componentes, de su mecanismo de interacción y de sus fracciones de volumen. - Los hormigones reciclados pueden llegar a incrementar su volumen de vacío inversamente proporcional a su tamaño de poro. El origen del incremento de dicha porosidad radica en el mortero adherido al árido. - La absorción en los áridos reciclados empleados presenta valores superiores a los convencionales. La densidad de los mismos es inferior en un 10%.. Hormigones con áridos reciclados procedentes de demoliciones: dosificaciones, propiedades mecánicas y comportamiento estructural a cortante. Tesis doctoral (2002).[35] Autor: Belén González Fonteboa.. - Sustituciones del árido grueso por árido grueso reciclado proporcionan hormigones reciclados estructurales adecuados. - Para conseguir la trabajabilidad adecuada en los hormigones reciclados estudiados se aumenta la cantidad de agua por lo que para mantener la misma relación a/c aumenta el consumo de cemento. - Los hormigones reciclados con adición de humo de sílice experimentaron valores más altos en la resistencia a compresión. - El módulo de elasticidad disminuye en los hormigones reciclados. - La absorción en los hormigones con áridos reciclados es superior a la del hormigón convencional. No se observan mejoras con la adición del humo de sílice.. Tabla 2.1: Estudios sobre áridos reciclados llevados a cabo en España (continuación).. 10.

(33) Ingeniería de la Construcción. Estado del arte. TRABAJO. Diseño de procedentes. nuevos materiales del reciclaje de. escombros de construcción y demolición. RUE (residuos urbanos de edificación) y RAHA (residuos de aglomerados hidráulicos y asfálticos). Tesis doctoral (2003).[29] Autor: Francisco Gilbert.. RESULTADOS OBTENIDOS - Debido a los altos niveles de la absorción que presentan los áridos reciclados empleados recomiendan una saturación previa sumergiéndolos entre 10 y 15 minutos en agua para garantizar la trabajabilidad. - Dosificaciones del 65% de árido grueso reciclado, procedente de residuos urbanos de edificación, y del 35% de árido fino natural permiten la elaboración de hormigón magro vibrado y pobre. - El empleo de residuos de aglomerados hidráulicos y asfálticos en rellenos, subbases y bases de firmes proporciona resultados excelentes. - Las proporciones de residuos de aglomerados hidráulicos y asfálticos más adecuadas son del 20-60% de residuos de mezclas asfálticas y del 80-40% de residuos de pavimentos de hormigón. - La calidad del árido reciclado depende de la cantidad de mortero adherido y en menor medida de la resistencia del hormigón original. - La utilización de árido reciclado debe restringirse a la fracción gruesa.. Estudio sobre la utilización de árido reciclado para la fabricación de hormigón estructural. Tesis doctoral (2004)[116] Autor: Marta Sánchez de Juan.. - La dosificación del hormigón se realiza de manera similar a la de un hormigón convencional - Un porcentaje máximo del 20% de sustitución del árido grueso por árido reciclado grueso no provoca caídas en los valores de la resistencia a compresión del hormigón. - Establece el 7% como límite de la absorción para los áridos reciclados para cumplir las prescripciones de nuestra Instrucción. - Establece coeficientes correctores para la resistencia a compresión del hormigón cuando la sustitución del árido reciclado alcanza valores del 50% y del 100%. Dichos coeficientes son 0,90 y 0,85 respectivamente.. Tabla 2.1: Estudios sobre áridos reciclados llevados a cabo en España (continuación).. 11.

(34) Ingeniería de la Construcción. Estado del arte. TRABAJO. RESULTADOS OBTENIDOS - Trata de definir las condiciones que debe reunir el árido reciclado para su empleo en hormigón estructural. - Trata de establecer procedimientos de diseño, cálculo y ejecución de reciclados.. Estudio experimental prenormativo sobre la utilización de los residuos de construcción y demoliciones en hormigón reciclado de aplicación estructural. (2005-2007)* Coordinadora: Pilar Alaejos Gutiérrez. * Los resultados de dicho proyecto están pendientes de publicación por parte de los diversos grupos de trabajo participantes por lo que solo se presentan algunas consideraciones generales relativas al mismo.. estructuras. de. hormigón. con. áridos. - La utilización de áridos reciclado saturados en la fabricación del favorece la trabajabilidad del hormigón. - La utilización de áridos saturados provoca ligeros descensos de la resistencia a compresión del hormigón mientras que si se utilizan áridos reciclados secos la resistencia a compresión del hormigón mejora. - Se observaron descensos en el valor del módulo de elasticidad en los hormigones reciclados. Dicha disminución se incrementa a medida que aumenta el porcentaje de sustitución del árido reciclado. - La deformación a carga constante es más evidente al aumentar el porcentaje de sustitución. - Las deformaciones están por debajo de las estimadas por diferentes modelos cuando el porcentaje de sustitución es del 20%. Cuando el porcentaje de sustitución del 50% o del 100% las deformaciones se aproximan a las previstas por el código modelo. - La durabilidad tiende a reducirse proporcionalmente al porcentaje de sustitución del árido reciclado cuando se sobrepasa el 20% de sustitución. Tabla 2.1: Estudios sobre áridos reciclados llevados a cabo en España (continuación).. 12.

(35) Ingeniería de la Construcción. Estado del arte. TRABAJO. RESULTADOS OBTENIDOS Se diseñó un método general para estimar la generación y composición en residuos de construcción y demolición aplicable a cualquier ámbito territorial. Se estudio la viabilidad del uso de áridos reciclados mixtos en la fabricación de suelo cemento.. Estudio. sobre. los. residuos. de. construcción y demolición en Galicia: método de estimación de la producción anual y usos posibles para su reciclaje (2006).[77] Autora. Isabel Martínez Lage. Debido a la mayor absorción de los áridos reciclados la humedad óptima del suelo cemento fabricado con áridos reciclados es mucho mayor que la del fabricado con áridos convencionales. Al añadir la fracción 5/20 mm saturada con superficie seca y mantener constante la cantidad, la resistencia a compresión de las probetas de suelo cemento aumenta con respecto a la que tienen si no se satura dicha fracción. La trabajabilidad del suelo cemento aumenta cuando se fabrica con la fracción 5/20 mm saturada. La resistencia a compresión del suelo cemento disminuye al aumentar el plazo entre el amasado y el compactado independientemente de saturar o no la fracción 5/20 mm. - Este proyecto se encuentra en la fase inicial y pretende normalizar los productos reciclados de RCD y sus usos en la obra pública y privada. - Se elaborará una guía con las prescripciones técnicas exigibles a las principales aplicaciones de áridos procedentes de residuos de construcción y demoliciones.. Proyecto para la elaboración de la Guía Española de áridos Reciclados (2008-2010).. - Se realizará un estudio técnico y estadístico para caracterizar los productos obtenidos procedentes de áridos reciclados así como sus posibles aplicaciones.. Coordinador científico: E. Vázquez. - Se realizará un estudio científico de análisis de impacto ambiental de los áridos reciclados. Se definirán métodos e indicadores de control de calidad ambiental. - Se realizarán estudios de aplicación experimental para analizar el comportamiento de los áridos reciclados en obra.. Tabla 2.1: Estudios sobre áridos reciclados llevados a cabo en España (continuación).. 13.

(36) Ingeniería de la Construcción. Estado del arte. Algunos de los trabajos se centran en otras posibles aplicaciones de los áridos reciclados como el suelo cemento o la fabricación de hormigones magros vibrados destacando, una vez más, la absorción como la propiedad de los áridos reciclados que más negativamente influye en este tipo de aplicaciones.. 2.2 PROCESOS. DE. PRODUCCIÓN. DE. ÁRIDOS. RECICLADOS.La producción de áridos reciclados procedentes de residuos de hormigón se realiza de forma similar al proceso que se emplea para producir áridos naturales machacados. Las plantas que se emplean con dicha finalidad incorporan varios tipos de trituradoras, tamizadoras y equipos para eliminar los residuos no deseados. Si los residuos son seleccionados adecuadamente en origen, los sistemas de eliminación de materiales no deseados se ven reducidos sensiblemente. Las plantas de producción de áridos reciclados pueden clasificarse, en función de su capacidad de transporte, en plantas fijas y plantas móviles presentando las primeras una capacidad de producción sustancialmente mayor[4]. En España, según datos facilitados por el GERD correspondientes al año 2007, el número de plantas fijas o semifijas de reciclado de RCDs completamente legalizadas se estima en 135, aunque dicho número puede llegar a 200 si a estas se suman las instalaciones que aún no cuentan con la totalidad de los permisos preceptivos para un desarrollo normal de sus actividades.. 2.2.1. DEMOLICIÓN SELECTIVA.Se lleva a cabo con el fin de separar y prevenir la mezcla de materiales. perjudiciales como madera, cartón, plásticos, etc, de los áridos reciclados que se desean obtener. Los escombros procedentes de obras de ingeniería civil presentan una baja contaminación pero, al proceder la mayoría de los RCDs de estructuras de edificación, si la demolición no se realiza de forma selectiva, el proceso de separación y selección ha de realizarse, posteriormente, en la planta de reciclaje con el consiguiente aumento de costes. Es indudable que el proceso de demolición selectiva resultará más caro que la demolición tradicional pero puede compensarse en parte al reducirse los costes de transporte y las tasas de vertido. No obstante presenta algunas ventajas como la reutilización directa de diversos materiales o destinar al vertido una masa que representa el 65 de la demolición total[4]. El proceso de demolición selectiva se lleva a cabo. 14.

(37) Ingeniería de la Construcción. Estado del arte. desmantelando en primera instancia las molduras y sacando los desechos, a continuación se desmantela la carpintería de taller (puertas, ventanas, etc), la cubierta y las instalaciones (agua, saneamiento, electricidad, gas, etc). Posteriormente se demuele la tabiquería y, por último, se procede a la demolición de la estructura.. 2.2.2. ETAPAS DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN DE ÁRIDOS. RECICLADOS.El proceso de producción de áridos reciclados varía de unas plantas productoras a otras, según las necesidades y el destino final del producto obtenido. En la figura 2.1 puede observarse un esquema simplificado de dicho proceso. De forma resumida puede describirse a través de las siguientes operaciones [4]: 1.- Los RCDs llegan a la planta mezclados en un contenedor descargándose en el suelo. Mediante grúa se extraen las piezas mayores de madera, de acero, paredes aislantes y otros metales. Los bloques mayores de hormigón se reducen con un martillo hasta conseguir el tamaño adecuado. 2.- Antes de triturar y clasificar el material se realiza un precribado del mismo con el fin de realizar un control de tamaño separando los más pequeños, para aprovecharlos directamente, de aquellos cuyo tamaño es mayor. Dicho sistema consta de una criba de tamaño normal 160 mm dispuesta en serie con otras cuyos tamaños habituales son 80 mm y 40 mm. Los rechazos en las dos primeras alimentan el molino primario. 3.- La trituración primaria consta, por lo general, en las plantas fijas de un molino de impactos, un separador magnético, cabina de triaje, cribas y cintas transportadoras. 4.- Un pala cargadora realiza el transporte de los residuos de hormigón desde el acopio hasta la cinta de alimentación del molino primario. Dicho molino rompe los bloques a través de la acción de pantallas solidarias al bastidor de trituración mediante esfuerzos de compresión y cizalladura. Admite tamaños hasta de 500 mm. Como molino primario también puede disponerse una machacadora de mandíbulas.. 15.

(38) Ingeniería de la Construcción. Estado del arte. 5.- El separador magnético, situado a la salida del molino, separa los elementos metálicos que puedan haber quedado mezclados con el hormigón. Un separador neumático permitiría eliminar los materiales de baja densidad. 6.- El material resultante pasa a una cabina de triaje donde, de manera manual, se eliminan los restos de plásticos, maderas, o metales no detectados en el separador magnético. 7.- El árido reciclado se introduce en una tolva con una criba de corte de 40 mm a través de una cinta transportadora. Todo lo que pasa se transporta a otras cribas dispuestas en serie y con luces de malla correspondientes a los cortes de la grava, la gravilla y la arena formando los diferentes acopios. Lo que queda retenido pasa a la trituración secundaria. 8.- En la trituración secundaria se reduce el tamaño del material utilizando otro molino de impactos hasta obtener la granulometría adecuada.. Figura 2.1 Proceso de producción de RCDs.. 16.

(39) Ingeniería de la Construcción. 2.2.3. Estado del arte. PLANTAS. DE. PRODUCCIÓN. DE. ÁRIDOS. RECICLADOS.Las plantas de producción de áridos reciclados pueden clasificarse en función de su movilidad en fijas, semifijas y móviles. Atendiendo a los sistemas de procesado y la tecnología que incorporan se clasifican en plantas de 1ª, 2ª y 3ª generación [1]. Las plantas de 1ª generación no incorporan mecanismos para la eliminación de sustancias contaminantes, excepto separadores magnéticos. Las plantas de 2ª generación incorporan, previo al machaqueo, sistemas manuales o mecánicos para eliminar contaminantes así como algún sistema de limpieza del producto obtenido. Son las plantas más extendidas en el reciclado de hormigón. Las plantas de 3ª generación procesan y permiten la reutilización de materiales secundarios considerados contaminantes de los áridos reciclados. La tecnología de las plantas móviles ha experimentado cambios significativos. Dichas plantas son muy utilizadas como elementos auxiliares en plantas fijas o como alternativa de las mismas. En la actualidad llegan a procesar hasta 400 t/hora. Algunos modelos pueden trabajar como plantas de proceso completo triturando el material de alimentación en una trituradora de impactos. Después de la trituración, se criba el material en la criba inclinada que incorporan y desde allí el material sobredimensionado retorna a la trituradora mediante una cinta transportadora. Los modelos más extendidos de estos tipos de plantas se usan en procesos abiertos para producir un único producto final. En la figura 2.2 puede observarse una sección de una planta móvil para la producción de áridos reciclados donde destaca la trituradora de mandíbulas que incorpora y el separador magnético. Las plantas fijas incorporan una tecnología similar a la de las plantas de producción de áridos naturales aunque incorporan sistemas para la eliminación de impurezas y contaminantes. Su capacidad productiva es, por lo general, superior a las plantas móviles. Los sistemas de trituración empleados pueden ser de mandíbulas, de impactos o de conos[25]. 17.

(40) Ingeniería de la Construcción. Estado del arte. TOLVA DE RECEPCIÓN. MACHACADORA DE MANDÍBULAS. SEPARADOR MAGNÉTICO. CRIBAS. Figura 2.2 Planta móvil reciclado de RCDs[80].. Las trituradoras de mandíbulas, figura 2.3, generan una cantidad de finos inferior al 10% del material triturado con una buena distribución del tamaño del árido para fabricar hormigón. La forma de las partículas es angulosa. Es la más apropiada para la trituración primaria y la incorporan tanto plantas fijas como móviles por su alta capacidad y bajo coste.. Figura 2.3: Trituradora de mandíbulas[80].. Las trituradoras o molinos de impacto, figura 2.4, permiten obtener altos valores de reducción y un producto más fino obtenido en menos etapas de trituración lo que 18.

(41) Ingeniería de la Construcción. Estado del arte. supone reducir los costes de inversión y de explotación. Generan hasta un 40% de finos. El mayor inconveniente es el gran desgaste que sufren los martillos.. Figura 2.4 Molino de impactos[80].. Las trituradoras de conos, figura 2.5, ofrecen rendimientos elevados con una reducción considerable de costes de desgaste y mantenimiento. El mayor inconveniente que presentan es que no admiten tamaños muy grandes de partículas aunque el árido final obtenido en ellas presenta mayor calidad. Suelen utilizarse en la trituración secundaria. La cantidad de finos producida está entorno al 20%[94]. En la tabla 2.2 se resumen las principales propiedades de los tres sistemas de trituración[25]. CARACTERÍSTICA. MANDÍBULAS. IMPACTOS. CONO. Capacidad. Alta. Media. Baja. Coste producción. Bajo. Medio. Alto. Desgaste. Bajo. Bajo. Alto. Calidad del árido. Bajo. Media. Alta. Contenido en finos. Bajo. Medio. Alto. Consumo energía. Bajo. Medio. Alto. Tabla 2.2: Características de los sistemas de trituración.. 19.

(42) Ingeniería de la Construcción. Estado del arte. Figura 2.5 Molino de conos[80].. La combinación más extendida en las plantas de reciclado fijas es la que utiliza la machacadora de mandíbulas como sistema de trituración primario y el molino de impactos como triturador secundario. La clasificación de los productos, en función de su tamaño, se realiza mediante cribas con luces de malla diferentes. Dichas cribas incorporan sistemas vibrantes de baja frecuencia y gran amplitud que agilizan el proceso de tamizado. Suelen colocarse en posición inclinada para llevar a cabo el proceso de separación de manera más cómoda.. 2.2.4. OTROS TRATAMIENTOS.La eliminación de impurezas y contaminantes en el árido reciclado se realiza. habitualmente mediante tamizado, con separadores magnéticos y de forma manual. Como ya comentamos anteriormente el empleo de técnicas con aire y agua permiten la eliminación de materiales ligeros como la madera, los plásticos o el papel. Los residuos de otros materiales metálicos como el cobre, el zinc, el aluminio, el plomo o aleaciones de ellos se separan, por lo general, manualmente. Otra vía de separación de estos materiales está basada en las corrientes de Foucault. Este principio de separación está basado en la generación un campo magnético variable. Al atravesar estos materiales conductores dicho campo se generan en estos materiales las corrientes de Foucault que. 20.

(43) Ingeniería de la Construcción. Estado del arte. permiten la separación por repulsión de los metales no magnéticos y no férricos. Aunque se trata, sin duda, de una novedosa mejora las plantas de reciclaje aún no la incorporan. La separación magnética por densidad en seco es otro de los más novedosos procedimientos para la eliminación de impurezas[119]. Se basa en la susceptibilidad magnética de los materiales de mortero y los cerámicos. Su distinto contenido en óxido de hierro permite la separación. Dicho sistema no se incluye actualmente en las plantas de reciclado. La separación de materiales de baja densidad puede realizarse en seco o por vía húmeda. En seco se lleva a cabo una separación manual previa y, posteriormente, se utilizan corrientes de aire. Por vía húmeda la separación se consigue haciendo pasar los materiales a contracorriente sobre chorros de agua. Otros investigadores[69,84,123] han desarrollado otros tratamientos con los que se consiguen áridos reciclados de elevada calidad separando casi en su totalidad el mortero adherido al árido. Son sistemas caros y poco habituales. El tratamiento térmico es uno de los métodos utilizados y se lleva a cabo mediante los siguientes pasos: 1.. Trituración hasta reducir el tamaño máximo del árido a 100 mm.. 2.. Eliminación de impurezas metálicas mediante separador magnético.. 3.. Separación del mortero en un horno rotatorio a 700 oC. Se combina la acción térmica con la mecánica.. 4.. Separador de aire y tamizadora vibrante obteniendo árido grueso, árido fino y polvo de cemento.. Según los estudios realizados la cantidad de mortero adherida no sobrepasa el 5%. El polvo de cemento es factible de utilizarse de nuevo en la fabricación de cemento. Parte de la energía necesaria para el proceso puede obtenerse de la combustión de algunos de los contaminantes que incorporen los RCDs de origen. Otro sistema patentado para la obtención de áridos reciclados de buena calidad se denomina Cyclite[123]. Dicho sistema consta de una primera etapa de trituración mediante machacadora de mandíbulas hasta la reducción del material a un tamaño que. 21.

(44) Ingeniería de la Construcción. Estado del arte. no exceda los 40 mm. A continuación el material obtenido se introduce en un sistema de trituración con cierta similitud a las grandes trituradoras primarias giratorias. En este sistema un cilindro metálico girando sobre un eje excéntrico ejerce de útil contra las paredes interiores de otro cilindro de mayor diámetro. Según los resultados obtenidos por este procedimiento la calidad del árido reciclado permite su utilización sin reparos en la fabricación de hormigón.. 2.3 CARACTERÍSTICAS DEL ÁRIDO RECICLADO.2.3.1. MORTERO ADHERIDO.La principal diferencia entre los áridos reciclados y los áridos naturales estriba. en la cantidad de mortero adherido que incorporan los primeros debido al hormigón original del que proceden. La cantidad de mortero adherido hace que los áridos reciclados presenten propiedades distintas a los naturales que se reflejan en un aumento de la absorción de agua, menor densidad, menor resistencia, menor dureza y una menor resistencia a la fragmentación. El hormigón fabricado con ellos estará directamente condicionado por dichas propiedades. No existe un procedimiento normalizado para evaluar estas cantidades aunque suelen emplearse métodos[5,87,151] que tratan de eliminarlo de la superficie del árido original para, mediante diferencia de pesadas antes y después de su eliminación, establecer el porcentaje en peso que corresponde al mortero adherido al árido. Otra forma de evaluarlo consiste en fabricar un hormigón nuevo con los áridos reciclados y con el cemento coloreado. Una vez cortadas las probetas en rebanadas y pulidas sus caras se procede a evaluar mediante un planímetro la superficie del mortero adherido distinguiéndose del nuevo por su coloración[40,104,107]. De esta forma puede estimarse el volumen del mismo. A continuación se recogen los valores, obtenidos en diversos estudios, correspondientes a la cantidad de mortero adherido en áridos reciclados. En todos ellos puede observarse el incremento de dicha cantidad conforme disminuye el tamaño del árido repercutiendo negativamente en sus propiedades. La calidad del hormigón de origen apenas influye en la cantidad de mortero adherido[4,10,14,15], observándose porcentajes ligeramente mayores en aquellos áridos que proceden de hormigones con 22.

(45) Ingeniería de la Construcción. Estado del arte. resistencias elevadas. La reducción de la cantidad de mortero adherido puede lograse mediante trituraciones sucesivas. Referencia Ravindrarajah. 87 [104]. Ravindrarajah 88 [105] Yagishita 1993 [151] Barra M.1996 [5] Nagataki 2000 [87] Vázquez E. 2002 [146] Sánchez M. 2005 [116]. % Mortero adherido. Tamaño árido. 54% (a/c=0,51). 5/37,5 mm. 20%. 20/30 mm. 45-65%. <0,30 mm. 40,2% (a/c=0,45). 10/20 mm. 51,7%. 12/20 mm. 52,9%. 6/12 mm. 52,3%. AG. 40,5%. 10/20 mm. 49,5%. 5/10 mm. 30,8%. 4/16 mm. Tabla 2.3: Mortero adherido en áridos reciclados según diversos autores.. 2.3.2. GRANULOMETRÍA.Para la clasificación por tamaños de las distintas fracciones se siguen las. recomendaciones de la EHE en la que se prescribe el empleo de la UNE EN 933-2:96, que establece como serie básica de tamices la formada por los siguientes: 0,063-0,1250,250-0,500-1-2-4-8-16-31,5-63-125 mm. Para el árido fino, la Instrucción utiliza únicamente los tamices de dicha serie. Para el árido grueso, utiliza además los tamices 10-20-40 mm, que están incluidos en la serie complementaria R 20 admitida por la indicada Norma, y que tienen una larga tradición de empleo en España. La granulometría del árido reciclado depende fundamentalmente del sistema de trituración que se haya empleado en su proceso de producción. Las trituradoras de impacto, por lo general, son las que permiten alcanzar reducidos tamaños en los áridos produciendo como consecuencia mayor cantidad de finos. A estas trituradoras las siguen las de conos con una producción de finos inferior y las machacadoras de mandíbulas. La cantidad de árido grueso generado oscila entre el 70% y el 90% de la producción[25]. Por lo general, esta fracción gruesa se ajusta a los requerimientos que exigen. las. normativas. vigentes. quedando. enmarcada. dentro. de. los. husos. granulométricos de referencia establecidos en ellas. Es evidente que el tamaño obtenido en la trituración depende fundamentalmente del tamaño que tenía el hormigón de. 23.

(46) Ingeniería de la Construcción. Estado del arte. procedencia. Los áridos reciclados presentan formas angulosas debido al proceso de machaqueo y un aspecto rugoso como consecuencia del mortero adherido a ellos. Para el mismo tamaño máximo de árido, un árido reciclado experimenta pequeñas variaciones de su módulo granulométrico si el sistema de trituración empleado ha sido el mismo que para el árido natural[53,54,62,65,89]. Como consecuencia de la disgregación que sufre el árido grueso reciclado durante su transporte y almacenamiento, una vez cribado se siguen obteniendo porcentajes muy reducidos de arena debido a su mayor friabilidad[47]. Dichos valores oscilan entre el 0,5% y el 2%[116]. Esta fracción fina se caracteriza por presentar un elevado contenido de mortero influyendo negativamente en las propiedades del hormigón. En áridos naturales la EHE admite un 10% de desclasificados inferiores. Para áridos reciclados dicho porcentaje debe ser menor debido a los efectos perjudiciales que ocasionan en las propiedades del hormigón. El porcentaje de desclasificados inferiores en áridos reciclados establecido por el anejo 15 de la EHE 08 tiene como límite el 10% debiendo ser el contenido de partículas que pasan por el tamiz de 4 mm no superior al 5%. Esta última especificación coincide con las especificaciones de Hong Kong[150] y con las recomendaciones Rilem[108]. El porcentaje de finos generado, al desprenderse pequeñas partículas de mortero durante la manipulación del árido grueso reciclado, varía entre el 0,27% y el 1,14% según estudios realizados en nuestro país [116]. Nuestra Norma establece el límite, en relación a la cantidad de finos admisible, en el 1% del árido grueso observándose que dichos valores quedan por debajo del mismo en la mayoría de los casos. El problema que plantean los finos, al estar presentes en exceso en la superficie del árido, es que la adherencia entre el árido y la pasta de mortero decrece. Por otra parte hace que la cantidad de agua de amasado aumente. La norma inglesa[7] establece el límite de finos en el 5% cuando el árido reciclado proviene exclusivamente de hormigón, reduciendo dicho valor al 3% si el árido reciclado proviene de material cerámico o mezcla de ambos.. 24.

(47) Ingeniería de la Construcción. Estado del arte. La norma alemana[18] establece la limitación de la cantidad de finos en el 4%. La norma belga[148] establece la cantidad límite de finos en el 5% si los áridos reciclados tienen su origen en residuos cerámicos. Dicha cantidad se reduce al 3% si el origen, en su mayor parte, son escombros de hormigón. El tamiz que los clasifica es el de 0,08 mm. La RILEM[108] establece el límite de finos para los áridos procedentes en su mayoría de escombros de fábrica de ladrillo en el 3%. Si los áridos proceden en su mayoría de escombros de hormigón, con un contenido en materiales cerámicos inferior al 10%, o están formados por una mezcla con un porcentaje superior o igual al 80% de áridos naturales, con un límite de un 10% de residuos cerámicos y un 20% de residuos procedentes de escombros de hormigón, la cantidad de finos no ha de ser superior al 2%. Algunos países especifican los husos granulométricos entre los que ha de quedar encuadrada la granulometría del árido reciclado. Al respecto se incluyen las siguientes tablas correspondientes a las recomendaciones japonesas [72] y a la normativa belga[148]. En las tablas 2.4, 2.5 y 2.6 se recogen las granulometrías correspondientes al uso de áridos reciclados. % en peso que pasa. T.max (mm). 50. 40. 30. 25. 20. 15. 10. 5. 2,5. 40. 100. 95-100. -. -. 35-70. -. 10-30. 0-5. -. 25. -. -. 100. 95-100. -. 30-70. -. 0-10. 0-5. 20. -. -. -. 100. 90-100. -. 20-55. 0-10. 0-5. Tabla 2.4: Norma japonesa. Granulometría de áridos reciclados para fabricar hormigones en obra civil. % en peso que pasa. T. máx (mm). 30. 25. 25. 100. 20. -. 20. 10. 5. 2,5. 90-100. 50-90. 10-60. 0-15. 0-5. 100. 90-100. 10-60. 0-15. -. Tabla 2.5: Norma japonesa. Granulometría de áridos reciclados para fabricar hormigones en edificación.. 25.

(48) Ingeniería de la Construcción. Estado del arte % en peso que pasa. T. máx (mm). 63. 31,5. 22,4. 16. 8. 4. 2. 1. 0,25. 0-4. -. -. -. -. 100. 90-98. -. 50-85. 0-20. 4-8. -. -. 100. 90-100. 0-20. 0-2. -. -. 4-16. -. -. 100. 95-100. 30-65. 0-15. 0-5. 0-4. -. 4-32. 100. 98-100. 70-95. 45-75. 15-40. 0-10. -. 0-4. -. 8-16. -. -. 100. 90-100. 0-20. 0-2. -. -. -. 16-32. 100. 90-100. -. 0-20. 0-2. -. -. -. -. Tabla 2.6: Norma belga. Husos granulométricos para el árido reciclado.. 2.3.3 FORMA Y TEXTURA SUPERFICIAL.Por lo general el coeficiente de forma del árido grueso reciclado supera el valor de 0,20, correspondiente al menor valor establecido por la EHE, como así lo atestigua la bibliografía consultada[5,35,38,116]. Las partículas de árido reciclado obtenidas suelen presentar una textura más rugosa y porosa que la de los áridos naturales debido a la presencia de mortero adherido a la superficie del árido origen. Estas circunstancias hacen que los hormigones que se fabriquen con ellos presenten problemas de trabajabilidad. Si para determinar la forma del árido grueso se empleó el método del índice de lajas se obtienen valores menores en el árido reciclado[35,38]. Quizás pueda deberse a que el espesor de las partículas aumente debido a la acumulación de mortero en las caras planas de las partículas con forma de laja. De esta forma se reduce el porcentaje de lajas. La EHE establece el 35% como el valor mayor que puede tomar el índice de lajas. El coeficiente de forma de las partículas se ve directamente afectado por el sistema de trituración empleado en la obtención del árido reciclado[76]. Las machacadoras de mandíbulas proporcionan áridos reciclados con un coeficiente de forma más adecuado que las trituradoras de impactos o de conos.. 2.3.4. DENSIDAD.La densidad del árido reciclado es menor que la del árido convencional ya que. el primero presenta una capa de mortero adherido cuya densidad es inferior a la del árido. La fracción fina obtenida es la que menor densidad tiene debido a la mayor cantidad de mortero adherido que poseen sus partículas por unidad de peso.. 26.

(49) Ingeniería de la Construcción. Estado del arte. Los factores más influyentes sobre la densidad son: el proceso de producción del árido, el tamaño de las fracciones obtenidas y su grado de contaminación. Si en el proceso de fabricación del árido reciclado se empleó una trituradora de impactos, el valor obtenido en la densidad del árido reciclado grueso es ligeramente superior que en los casos en que para su obtención se hayan empleado trituradoras de conos o machacadoras de mandíbulas[76]. Esto es debido a que la trituradora de impactos elimina mejor el mortero adherido en el árido grueso. Sin embargo, en la producción del árido fino son los otros sistemas de trituración los que permiten obtener mejores resultados, obteniéndose valores de la densidad mayores. Combinando varias trituradoras diferentes, en el proceso de producción se obtienen áridos reciclados de muy buena calidad ya que se consigue reducir en mayor proporción la cantidad de mortero adherido a los áridos originales. Así, en la bibliografía consultada[87] dichos áridos alcanzan un valor correspondiente al 90% de la densidad del árido natural, después de haberlos sometido a dos etapas sucesivas de triturado mediante machacadora de mandíbulas y trituradora de impactos. Dicho valor alcanza el 95% cuando son cuatro las etapas de trituración. La densidad en las fracciones más gruesas del árido reciclado es algo mayor que en las fracciones finas. De los datos obtenidos en la bibliografía puede observarse que incluso en las mismas fracciones granulométricas los resultados presentan gran disparidad. Sin duda se debe a la distinta naturaleza de los áridos con los que se fabricaron los hormigones originales. Aun así puede concluirse que la densidad aumenta con el tamaño. En la tabla 2.7 se resumen los valores obtenidos en los diferentes estudios consultados. La evaluación de la densidad del árido reciclado grueso ser realiza utilizando la norma UNE-EN 1097-6 “Ensayos para determinar las propiedades físicas y mecánicas de los áridos. Parte 6: Determinación de la densidad de partículas y la absorción de agua”.. 27.